[实用新型]一种衍射光波导显示装置及系统

说明书

本实用新型公开了一种衍射光波导显示装置，光波导包括光耦入区域和光耦出区域，耦入光栅位于光耦入区域表面，耦出光栅位于光耦出区域表面；光机与光耦入区域相对设置；耦入光栅包括多个耦入子光栅，多个耦入子光栅沿光栅矢量方向分布；由光机出射的多个视场角的光线经过光阑后在光耦入区域的辐射范围不完全重合，至少一个耦入子光栅不接收全部视场角的光线；任一耦入子光栅的可衍射的入射角度仅对应接收光线的视场角，耦入子光栅的光栅周期相同。由于任一耦入子光栅的可衍射的入射角度仅对应接收光线的视场角，可以提高耦入光栅的平均衍射效率，从而增加最终生成图像的亮度。本实用新型还提供了一种系统，具有上述有益效果。

技术领域

本实用新型涉及AR设备技术领域，特别是涉及一种衍射光波导显示装置以及一种衍射光波导显示系统。

背景技术

增强现实(augment reality，AR)，是将虚拟世界信息实时叠加到现实图景的新技术。由于增强现实技术强大的多感官体验能力，使得该技术被广泛应用于教育、游戏、工业、零售以及医疗等多个领域。

为了追求增强现实显示设备的轻薄性，以衍射光波导来作为传输媒介的光学显示方案成为了近年来研究的热点。光波导虽然具有最为轻薄的光学体积，却能保证光线在波导内无损地传输，再结合波导表面的一个或多个光学元件控制图像分步输出，实现出瞳扩展，扩大了人眼接收图像的范围，因而成为了目前的主流方案。

基于波导的显示方案大都采用衍射光学器件如面浮雕光栅、体全息光栅等，这一类波导显示技术又被称之为衍射光波导显示技术。其中衍射光波导显示技术是利用衍射光栅实现光能量的耦入、转折和耦出，并基于全反射原理在波导中传输光线，因而能够做到结构紧凑、器件轻便，是目前最具竞争力的增强现实设备核心光学器件。其中，光栅的衍射效率是实现光波导耦入效率和耦出效率的关键参数。

在目前的衍射光波导设计方案中，耦入光栅在宽光谱，多视场角光线入射情况下的平均衍射效率一般较低。可以说，光谱越宽，入射视场角越大，所设计的光栅衍射效率就往往越低。平均衍射效率较低的耦入光栅限制了衍射光波导显示方案的耦出图像亮度和光能量使用效率，使得目前的衍射光波导显示方案耦出图像亮度较暗，光能量使用效率低下。所以如何提高衍射光波导耦出图像的亮度时本领域技术人员急需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种衍射光波导显示装置，耦出图像具有较高的亮度；本实用新型的另一目的在于提供一种衍射光波导显示系统，耦出图像具有较高的亮度。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种衍射光波导显示装置，包括光机、光阑、光波导、耦入光栅和耦出光栅；

所述光波导包括光耦入区域和光耦出区域，所述耦入光栅位于所述光耦入区域表面，所述耦出光栅位于所述光耦出区域表面；所述光机与所述光耦入区域相对设置；

所述耦入光栅包括多个耦入子光栅，多个所述耦入子光栅沿光栅矢量方向分布；由所述光机出射的多个视场角的光线经过所述光阑后在所述光耦入区域的辐射范围不完全重合，至少一个所述耦入子光栅不接收全部所述视场角的光线；任一所述耦入子光栅的可衍射的入射角度仅对应接收光线的视场角，所述耦入子光栅的光栅周期相同。

可选的，任一所述耦入子光栅均不接收全部所述视场角的光线。

可选的，所述耦入子光栅的数量不少于两个，位于所述光耦入区域中间部的所述耦入子光栅接收多个视场角的光线，任一视场角的光线照射多个所述耦入子光栅。

可选的，位于所述光耦入区域两侧边缘部的耦入子光栅仅接收一个对应视场角的光线。

可选的，所述耦入子光栅的数量的取值范围为2个至10个，包括端点值。

可选的，任一所述耦入子光栅的衍射效率的取值范围在0.3至1.0之间，包括端点值。

可选的，所述光阑与所述耦入光栅之间的间距不小于1cm。